RU2130637C1

RU2130637C1 - Device for regulation and stabilization of voltage of transformer station

Info

Publication number: RU2130637C1
Application number: RU97119027A
Authority: RU
Inventors: В.С. Климаш; Р.Н. Круговой
Original assignee: Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-05-20

Abstract

FIELD: regulation and stabilization of three-phase voltage on high-voltage side of central transformer of station. SUBSTANCE: device has three- phase stepping-up transformer, which primary windings are connected to circuit of primary windings of central transformer. Secondary windings of stepping-up transformer are connected through three single-phase gate-controlled bridge commutators to corresponding phases of secondary winding of central transformer and load. Device provides smooth, six-region regulation of three- phase current without distortion of first harmonic phase. Stepping- up voltage is generated at six-fold mains frequency upon switching of each of gate at mains frequency. EFFECT: increased speed, improved power characteristics, decreased weight and size, simplified design, increased precision of three-phase voltage regulation in stationary and transient modes. 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетической электронике и может быть использовано в комплектных трансформаторных подстанциях для повышения качества и эффективности использования электрической энергии. The invention relates to power electronics and can be used in complete transformer substations to improve the quality and efficiency of use of electrical energy.

Известно устройство для регулирования и(или) стабилизации напряжения трансформаторной подстанции по а.с. СССР N 640281, кл. G 05 F 1/22, 1979. A device is known for regulating and (or) stabilizing the voltage of a transformer substation as.with. USSR N 640281, class G 05 F 1/22, 1979.

В состав устройства входит главный трансформатор подстанции с первичной обмоткой, соединенной по схеме Y и подключенной к сети и вторичной обмоткой, соединенной по схеме Y_н и подключенной к нагрузке через вольтодобавочный агрегат. В цепь возбуждения вольтодобавочного агрегата включены четыре трехфазных тиристорных ключа и один трехфазный магнитный ключ.The structure of the device includes the main transformer of the substation with a primary winding connected according to the Y circuit and connected to the network and a secondary winding connected according to the Y _n circuit and connected to the load through a booster unit. Four three-phase thyristor switches and one three-phase magnetic switch are included in the excitation circuit of the booster unit.

Недостатками известного устройства являются сложность и низкое качество регулирования напряжения вследствие наличия нескольких разнотипных регуляторов. The disadvantages of the known device are the complexity and low quality of voltage regulation due to the presence of several different types of regulators.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для регулирования и(или) стабилизации напряжения трансформаторной подстанции по а.с. СССР N 650056, кл. G 05 F 1/22, H 02 P 13/14, 1979. The closest technical solution to the invention is a device for regulating and (or) stabilizing the voltage of a transformer substation as.with. USSR N 650056, class G 05 F 1/22, H 02 P 13/14, 1979.

Устройство для регулирования и(или) стабилизации напряжения трансформаторной подстанции, в состав которой входит главный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду без нулевого провода, и вторичной обмоткой, соединенной в звезду с нулевым проводом, содержит вольтодобавочный трансформатор, тиристорный коммутатор из пяти ключей с синхронизированным с сетью блоком управления. Вторичная секционированная обмотка вольтодобавочного трансформатора через трехфазные группы тиристорных ключей подключена к началам или концам его первичной обмотки, которая включена между нагрузкой и вторичной обмоткой главного трансформатора, а первичная обмотка главного трансформатора подключена к сети. A device for regulating and (or) stabilizing the voltage of a transformer substation, which includes a main transformer with a primary winding connected to a star without a neutral wire, and a secondary winding connected to a star with a neutral wire, contains a boost converter, a thyristor switch of five keys with a control unit synchronized with the network. The secondary sectioned winding of the boost transformer through three-phase groups of thyristor switches is connected to the beginnings or ends of its primary winding, which is connected between the load and the secondary winding of the main transformer, and the primary winding of the main transformer is connected to the network.

Устройство-прототип обеспечивает пять уровней выходного напряжения с дискретным регулированием посредством пяти трехфазных групп тиристорных ключей. The prototype device provides five levels of output voltage with discrete regulation through five three-phase groups of thyristor switches.

Недостатками прототипа являются ограниченное число уровней регулируемого напряжения при большом количестве трехфазных групп тиристорных ключей и отсутствие плавности при переходе от одного уровня к другому, что обуславливает сложность устройства и низкое качество регулирования напряжения (низкая точность и быстродействие) как в стационарных, так и переходных режимах. The disadvantages of the prototype are the limited number of levels of adjustable voltage with a large number of three-phase groups of thyristor switches and the lack of smoothness when moving from one level to another, which leads to the complexity of the device and the low quality of voltage regulation (low accuracy and speed) in both stationary and transient modes.

Задача изобретения - упрощение конструкции устройства и улучшение качества регулирования и стабилизации напряжения. The objective of the invention is to simplify the design of the device and improve the quality of regulation and voltage stabilization.

Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в улучшении регулировочных свойств, динамических и массогабаритных показателей
Требуемый технический результат достигается тем, что при помощи четырех трехфазных групп тиристорных ключей без сдвига первой гармоники формируются семь уровней выходного напряжения с плавными переходами от уровня к уровню в шести зонах (поддиапазонах) регулирования с шестикратным повышением частоты модулированной вольтодобавки по отношению к частоте переключения ключей, при этом выходные выводы устройства пофазно подключены к первичной обмотке главного трансформатора, общие точки, образованные третьей и четвертой группами ключей, объединены и подключены к нулевому проводу дополнительного трехфазного источника или нагрузки, в группах применены полностью управляемые ключи с двухсторонней проводимостью, блок управления выполнен с возможностью пофазного регулирования углов включения и выключения полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, а управляющий вход блока управления подключен к выходу вновь введенного датчика отклонения фазных напряжений на нагрузке от заданного уровня.The technical result achieved by solving the task is to improve the adjusting properties, dynamic and overall dimensions
The required technical result is achieved by the fact that with the help of four three-phase groups of thyristor switches without first-harmonic shift, seven output voltage levels are formed with smooth transitions from level to level in six control zones (subranges) with a six-fold increase in the frequency of the modulated voltage boost with respect to the key switching frequency, while the output terminals of the device are phase-connected to the primary winding of the main transformer, common points formed by the third and fourth groups of keys, combined and connected to the neutral wire of an additional three-phase source or load, fully controlled keys with two-sided conductivity are used in the groups, the control unit is made with the possibility of phase adjustment of the on and off angles of fully controlled keys with two-sided conductivity, and the control input of the control unit is connected to the output of the newly introduced sensor deviation of phase voltage at the load from a given level.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами. На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства, на фиг. 2 - 4 показаны временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства с возможностью непрерывного широтно-импульсного регулирования в шести характерных поддиапазонах при частоте коммутации ключей, равной частоте сети. The invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device, FIG. 2 to 4 are timing diagrams explaining the principle of operation of the device with the possibility of continuous pulse-width control in six characteristic sub-bands with a key switching frequency equal to the network frequency.

Устройство (фиг. 1) содержит четыре трехфазные группы полностью управляемых тиристорных ключей с двухсторонней проводимостью. The device (Fig. 1) contains four three-phase groups of fully controlled thyristor switches with two-sided conductivity.

Первая группа включает в себя ключи 1, 2, 3, вторая 4, 5, 6, третья 7, 8, 9, и четвертая 10, 11, 12. Блок управления 13 ключами 1 - 12 синхронизирован с сетью и через датчик 14 отклонения фазных напряжений на нагрузке подключен к вторичной обмотке главного трансформатора 15, первичная обмотка которого через первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора 16 подключена к сети 17, в то время как вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора через четыре группы ключей подключена к нагрузке 18 или дополнительному трехфазному источнику 19. The first group includes keys 1, 2, 3, the second 4, 5, 6, the third 7, 8, 9, and the fourth 10, 11, 12. The control unit 13 keys 1 - 12 is synchronized with the network and through the sensor 14 phase deviations voltage on the load is connected to the secondary winding of the main transformer 15, the primary winding of which through the primary winding of the boost transformer 16 is connected to the network 17, while the secondary winding of the boost transformer through four groups of keys is connected to the load 18 or additional three-phase source 19.

На чертежах (фиг. 1 - 4) фазы сети обозначены A, B, C, фазы дополнительного источника трехфазного напряжения - A₁, B₁, C₁, фазы нагрузки - A_н, B_н, C_н.In the drawings (Figs. 1-4), the phases of the network are A, B, C, the phases of the additional three-phase voltage source are A ₁ , B ₁ , C ₁ , the phases of the load are A _n , B _n , C _n .

Диаграммы (фиг. 2 - 4) иллюстрируют формы добавочного напряжения, приведенного напряжения на нагрузке для фазы A сети и алгоритм переключения ключей 1 - 12 в трех зонах регулирования напряжения вольтодобавки при изменении угла управления α ключами от 0 до 90^o и в трех зонах регулирования напряжения вольтовычета при изменении угла управления α от 90 до 180^o.The diagrams (Figs. 2–4) illustrate the forms of the auxiliary voltage, the reduced voltage at the load for phase A of the network and the switching algorithm for switches 1–12 in three zones of voltage boost control when changing the angle of control α of the keys from 0 to 90 ^o and in three regulation zones voltage voltages when you change the angle of control α from 90 to 180 ^o .

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. The device (Fig. 1) works as follows.

При углах управления α, равных 0, 30, 60, 90, 120, 150 и 180^o, устройство формирует на нагрузке семь уровней напряжения против пяти в прототипе. При плавном изменении угла управления α внутри каждого 30-градусного интервала происходит плавный переход с одного уровня на другой. Эта дополнительная функция заявляемого устройства отсутствует в прототипе, чем и вызваны его недостатки.When the control angles α equal to 0, 30, 60, 90, 120, 150 and 180 ^o , the device generates seven voltage levels against the load of five in the prototype. With a smooth change in the control angle α, within each 30-degree interval, a smooth transition occurs from one level to another. This additional function of the claimed device is absent in the prototype, which is why its disadvantages are caused.

При снижении напряжения в сети 17 происходит уменьшение напряжения на нагрузке 18, вызывая тем самым увеличение значения сигнала обратной связи, снимаемого с датчика 14 отклонения напряжения на нагрузке, и соответствующее уменьшение угла управления α посредством блока управления 13 ключами 1 - 12, создавая необходимую вольтодобавку напряжения на нагрузке 18. When the voltage in the network 17 decreases, the voltage at the load 18 decreases, thereby causing an increase in the value of the feedback signal taken from the load deviation sensor 14, and a corresponding decrease in the control angle α by means of the control unit 13 of keys 1-12, creating the necessary voltage boost at load 18.

В случае повышения напряжения в сети 17 устройство работает аналогичным образом, с той лишь разницей, что действие блока управления 13 направлено на увеличение угла управления α ключами 1 - 12 с целью достижения требуемого вольтовычета. In the case of increasing voltage in the network 17, the device operates in a similar way, with the only difference being that the action of the control unit 13 is aimed at increasing the angle of control α of the keys 1 - 12 in order to achieve the desired voltage balance.

Аналогичным образом устройство отрабатывает функцию стабилизации напряжения и при других возмущающих воздействиях (при изменении величины и характера нагрузки и т.п.). Similarly, the device fulfills the function of voltage stabilization under other disturbing influences (when the magnitude and nature of the load, etc.).

Устройство может быть применено для объектов, расположенных вблизи энергетических источников. В этом случае группы ключей 1 - 12 целесообразно подключать к нагрузке 18 (на фиг. 1 это подключение показано пунктирными линиями). Оно может быть также применено в конце протяженных ЛЭП для удаленных от энергетических центров объектов, имеющих интервалы дефицита электроэнергии в суточных и сезонных графиках нагрузки. В последнем случае группы ключей 1 - 12 целесообразно подключать к дополнительному трехфазному источнику 19 с зажимами A₁, B₁, C₁, в качестве которого могут быть использованы традиционные и нетрадиционные маломощные автономные электростанции.The device can be used for objects located near energy sources. In this case, it is advisable to connect the key groups 1 to 12 to the load 18 (in Fig. 1 this connection is shown by dashed lines). It can also be applied at the end of extended power lines for facilities remote from energy centers that have electricity deficit intervals in daily and seasonal load schedules. In the latter case, it is advisable to connect key groups 1 to 12 to an additional three-phase source 19 with terminals A ₁ , B ₁ , C ₁ , which can be used as traditional and non-traditional low-power autonomous power plants.

Claims

A device for regulating and stabilizing the voltage of a transformer substation, which includes the main transformer with a primary winding connected to a star without a neutral wire and a secondary winding connected to a star with a neutral wire and connected to the load, containing groups of keys with a control unit synchronized with the network and booster transformer with a primary winding, phase-wise connected between the input and output terminals of the device, and a secondary winding, the beginning and ends of which through the keys howl and the second group are connected with the corresponding phases of the additional three-phase source or load phases, and through the keys of the third and fourth groups are connected to the corresponding common points, and the input terminals of the device are connected to the network, characterized in that the output terminals of the device are phase-connected to the primary winding of the main transformer , the aforementioned common points are combined and connected to the neutral wire of an additional three-phase source or load, fully controlled keys with two by external conductivity, the control unit is capable of phase-by-phase adjustment of the on and off angles of fully controllable keys with two-sided conductivity, and the control input of the control unit is connected to the output of the newly introduced sensor for the phase voltage deviation at the load from a given level.